一种人工冻结水分迁移模型的实验设备的制作方法

1.本实用新型涉及土样检测技术领域，特别涉及一种人工冻结水分迁移模型的实验设备。


背景技术：

2.高放废物目前最佳的处置方案是存放在深500至1000m的高放废物处置库中，《放射性废物安全管理条例》规定高放废物地址处置的安全隔离期不得少于1万年。在长时间跨度中难以保证不出现自然或人为灾害导致核废料泄漏，因此拟采用冻结法冻结缓冲回填材料层对核素泄漏及时控制。
3.核废料具有放射性且在其衰变过程中会不断释放热量，因此相对于其他冻结法施工工况，高放废物处置库的冻结工况中的温度边界条件更为复杂。目前冻结实验多为单向冻结或恒定负温整体冻结，尚未见复杂温度边界条件模型实验装置，尤其是涉及核废料处置库冻结模型实验的实验装置。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题中的至少之一，本实用新型提供一种人工冻结水分迁移模型的实验设备，所采用的技术方案如下：
5.本实用新型所提供的人工冻结水分迁移模型的实验设备包括试验箱，所述试验箱包括第一冷浴板、第一侧板、第二侧板和多个第二冷浴板，所述第一冷浴板、所述第一侧板、所述第二侧板和各所述第二冷浴板作为所述试验箱的侧壁构成所述试验箱用于放置土样的腔体，所述第一冷浴板可移动，所述第一冷浴板用于压实土样，所述第一侧板与所述第一冷浴板相邻设置，所述第一侧板上设置有多个第一插孔，各所述第一插孔呈阵列分布，所述第一插孔用于插入水分温度传感器，所述第二侧板与所述第一侧板相对设置。
6.本实用新型的某些实施例中，所述第一侧板可拆卸。
7.本实用新型的某些实施例中，所述试验箱包括多个第一安装部件，相对的两个所述第二冷浴板上分别设置有所述第一安装部件，所述第一安装部件用于安装所述第一侧板。
8.本实用新型的某些实施例中，所述第一安装部件包括第一固定部和第一卡固部，所述第一固定部用于与所述第二冷浴板固定，所述第一卡固部用于与所述第一侧板安装。
9.本实用新型的某些实施例中，所述第一卡固部的内侧与所述试验箱的侧面之间构成供所述第一侧板插入的区域。
10.本实用新型所提供的人工冻结水分迁移模型的实验设备包括加载装置和试验箱，所述试验箱的结构如前所述，所述加载装置用于向所述第一冷浴板传递力，所述加载装置包括轴向力传感器，所述加载装置的动力源通过所述轴向力传感器向所述第一冷浴板传递力。
11.本实用新型的某些实施例中，所述加载装置包括位移传感器，所述位移传感器设
置用于检测所述第一冷浴板的位移。
12.本实用新型的某些实施例中，所述加载装置包括支架，所述试验箱设置在所述支架上。
13.本实用新型所提供的人工冻结水分迁移模型的实验设备包括数采仪、加载装置和试验箱，所述加载装置的结构如前所述，所述试验箱的结构如前所述，所述数采仪用于收集实验数据。
14.本实用新型的某些实施例中，实验设备包括多个水分温度传感器，所述水分温度传感器用于插入所述第一插孔。
15.本实用新型的实施例至少具有以下有益效果：通过向第一冷浴板和各第二冷浴板输送温控溶液，控制温控溶液的温度，以模拟复杂温度边界条件，第一冷浴板向土样施加压力，以获得土样应力位移变化的数据。本实用新型可广泛应用于土样检测技术领域。
附图说明
16.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1为实验设备的结构示意图，图中显示试验箱、加载装置、冷浴机和数采仪；
18.图2为试验箱、加载装置的结构图；
19.图3为第一冷浴板的结构图。
具体实施方式
20.下面结合图1至图3详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
21.在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。限定有“第一”、“第二”的特征是用于区分特征名称，而非具有特殊含义，此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.本实用新型涉及一种人工冻结水分迁移模型的实验设备，可在复杂的温度边界条件下进行土体的温度场、水分场研究，同时可以实时监测土体在一维方向上的应力情况。具
体地，实验设备包括试验箱100，试验箱100包括第一冷浴板101、第一侧板102、第二侧板103和多个第二冷浴板104，第一冷浴板101、第一侧板102、第二侧板103和各第二冷浴板104作为试验箱100的侧壁构成试验箱100用于放置土样的腔体。进一步地，第一冷浴板101、各第二冷浴板104中分别设置有温控溶液通道106，温控溶液通道106设置为s形，可以理解的是，实验设备包括冷浴机400，冷浴机400用于向温控溶液通道106输送高温或低温的温控溶液，以达到控制复杂温度边界条件的目的。当然，作为替换方案，为节省实验设备的成本，冷浴机400也可作为外置结构独立于实验设备。
24.具体地，第一侧板102与第一冷浴板101相邻设置，第二侧板103与第一侧板102相对设置。结合附图，第一冷浴板101设置在试验箱100的顶部，作为试验箱100的上冷浴板，第一侧板102设置在试验箱100的前侧，作为试验箱100的前盖板，第二侧板103设置在试验箱100的后侧，作为试验箱100的后盖板，第二冷浴板104的数量设置为三个，三个第二冷浴板104分别作为试验箱100的左冷浴板、右冷浴板和下冷浴板，通过冷浴机400控制土样四个方向上的边界温度。其中，左冷浴板和右冷浴板焊接在下冷浴板上，第二侧板103与左冷浴板、右冷浴板、下冷浴板焊接。
25.进一步地，第一冷浴板101可移动，第一冷浴板101用于压实土样。第一侧板102上设置有多个第一插孔，第一插孔用于插入水分温度传感器，各第一插孔呈阵列分布，第一冷浴板101压土样时沿着第一插孔的排方向或列方向移动。可以理解的是，第一冷浴板101沿着第一插孔的列方向移动的情况下，第一冷浴板101分层压实土样，每层土样的厚度与相邻两排第一插孔的行间距一致，每压实一层土样，则在这一层的第一插孔插入水分温度传感器，再向试验箱100加入土样，继续压实。
26.第一侧板102可拆卸，第一侧板102设置有把手，方便拆装第一侧板102。结合附图，试验箱100包括多个第一安装部件105，具体地，相对的两个第二冷浴板104上分别设置有第一安装部件105，第一安装部件105用于安装第一侧板102。进一步地，第一安装部件105设置为钣金件，呈l型结构，第一安装部件105以焊接的方式布置在第二冷浴板104上，第一安装部件105包括第一固定部和第一卡固部，第一固定部用于与第二冷浴板104固定，第一卡固部用于与第一侧板102安装。结合附图，第一卡固部的内侧与试验箱100的侧面之间构成供第一侧板102插入的区域，以朝向试验箱100腔体的方向为内侧，该区域的厚度等于第一侧板102的厚度。具体地，左冷浴板上设置两个第一安装部件105，右冷浴板上设置两个第一安装部件105，第一卡固部位于试验箱100的前侧，第一侧板102插入试验箱100的前侧与第一卡固部之间，第一卡固部通过螺栓固定第一侧板102。第一侧板102上设置有螺栓孔，螺栓与第一侧板102螺纹连接，或者螺栓通过螺纹连接设置在第一卡固部上，螺栓的端部抵住第一侧板102的外侧。
27.本实用新型涉及一种人工冻结水分迁移模型的实验设备，实验设备包括加载装置200和试验箱100，试验箱100的结构如前所述，加载装置200用于向第一冷浴板101传递力，以控制土样竖向的应力位移边界条件。加载装置200包括轴向力传感器，加载装置200的动力源通过轴向力传感器向第一冷浴板101传递力，使第一冷浴板101压向土样。具体地，第一冷浴板101上设置有垫板203，加载装置200的动力源设置为伺服油缸202，伺服油缸202通过轴向力传感器传力于垫板203上，使施力均匀。
28.结合附图，加载装置200包括支架，试验箱100设置在支架上，伺服油缸202设置在
试验箱100的上方。具体地，支架包括底座205、横梁206和两个立柱204，立柱204的下端设置在底座205上，立柱204的上端与横梁206安装，横梁206上设置有用于安装立柱204的螺纹连接件，螺纹连接件设置为螺母，伺服油缸202设置在横梁206上，试验箱100设置在底座205上，下冷浴板焊接在底座205上。
29.进一步地，加载装置200包括位移传感器201，位移传感器201设置用于检测第一冷浴板101的位移，位移传感器201的下端与第一冷浴板101接触。位移传感器201通过第一连接板设置在加载装置200上，或者位移传感器201通过第一连接板设置在横梁206上。
30.本实用新型涉及一种人工冻结水分迁移模型的实验设备，实验设备包括数采仪300、加载装置200和试验箱100，加载装置200的结构如前所述，试验箱100的结构如前所述，数采仪300用于收集实验数据。一些示例中，轴向力传感器用于向数采仪300反馈第一冷浴板101的压力值。一些示例中，位移传感器201有用于向数采仪300反馈第一冷浴板101的位移值。
31.进一步地，实验设备包括多个水分温度传感器，水分温度传感器用于插入第一插孔，以监测试验过程中土样内水分场和温度场的变化过程，水分温度传感器用于向数采仪300反馈各测点的温度及含水量数据。
32.本实用新型所涉及的实验设备可以进行复杂温度边界条件下的模型试验，通过选用不同的边界温度组合，模拟高放废物储罐侧面和底面的温度场及水分场变化情况。加载装置200可实时监测模型试样竖向的位移和应力情况。除进行处置库缓冲层冻结模拟外，还可对路基或建筑地基冻胀融沉进行模拟研究。
33.在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
34.以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。